JP2009297382A - Brain activity information output device and brain activity information power output method - Google Patents

Brain activity information output device and brain activity information power output method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that a conventional device has never output high-precision brain activity information. <P>SOLUTION: The brain activity information output device comprises a brain activity information acquisition part to estimate and acquire brain activity information as information of brain activity using measured brain signal information and advance brain information, an artifact information acquisition part to estimate and acquire one or more pieces of artifact information as information of an artifact source using the measured brain signal information and one or more pieces of advance artifact information, an output brain activity information acquisition part to remove any effect of an artifact from the measured brain signal information and to acquire output brain activity information as output information of the brain activity using the measured brain signal information, the brain activity information, and one or more pieces of artifact information, and an output part to output the output brain activity information, which realizes the high-precision brain activity information output. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、脳活動の信号である脳活動情報を出力する脳活動情報出力装置等に関するものである。   The present invention relates to a brain activity information output device that outputs brain activity information that is a brain activity signal.

従来、主成分分析や独立成分分析を用いた統計的な手法により、EEGまたはMEGのアーチファクトを除去するアーチファクト除去の方法が提案されていた。しかし、かかる方法は、アーチファクトと同じような波形の脳活動が存在する場合、その脳活動の成分まで取り除いてしまう恐れがあり、有効な方法とは言えなかった。なお、アーチファクトとは、いわゆるノイズのことである。   Conventionally, an artifact removal method that removes EEG or MEG artifacts by a statistical method using principal component analysis or independent component analysis has been proposed. However, this method is not an effective method because there is a fear that even the brain activity having the waveform similar to the artifact may be removed, the component of the brain activity may be removed. Artifacts are so-called noise.

また、アーチファクト源(眼球)にダイポールをおいて電流を推定し、それをEEGから差し引くことでアーチファクト除去を行なう方法が提案されている(非特許文献1)。なお、アーチファクト源とは、いわゆるノイズ源のことである。
P. Berg and M. Scherg, Electroencephalogr Clin. Neurophysiol.,79, 1, pp. 36-44 (1991).
In addition, a method has been proposed in which an artifact is removed by placing a dipole on an artifact source (eyeball) and subtracting it from the EEG (Non-Patent Document 1). The artifact source is a so-called noise source.
P. Berg and M. Scherg, Electroencephalogr Clin. Neurophysiol., 79, 1, pp. 36-44 (1991).

しかしながら、非特許文献1における方法では、観測値にはアーチファクトだけでなく脳活動も含まれているので、必要な成分まで観測値から除いてしまう可能性があり、精度の高い脳活動情報が取得できなかった。   However, in the method in Non-Patent Document 1, since the observed value includes not only the artifact but also the brain activity, there is a possibility of removing necessary components from the observed value, and highly accurate brain activity information is acquired. could not.

本第一の発明の脳活動情報出力装置は、計測された脳の信号に関する情報である計測脳信号情報を格納し得る計測脳信号情報格納部と、脳活動に関する事前の情報である脳事前情報を格納し得る脳事前情報格納部と、アーチファクト源に関する事前の情報である1以上のアーチファクト事前情報を格納し得るアーチファクト事前情報格納部と、前記計測脳信号情報と前記脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する脳活動情報取得部と、前記計測脳信号情報と、前記1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得するアーチファクト情報取得部と、前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記1以上のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する出力脳活動情報取得部と、前記出力脳活動情報を出力する出力部とを具備する脳活動情報出力装置である。   The brain activity information output device according to the first aspect of the present invention includes a measurement brain signal information storage unit that can store measurement brain signal information that is information related to a measured brain signal, and brain advance information that is information related to brain activity in advance. A brain advance information storage unit that can store information, an artifact advance information storage unit that can store one or more pieces of artifact advance information that is advance information related to an artifact source, the measured brain signal information, and the brain advance information One or more pieces of artifact source information using a brain activity information acquisition unit that estimates and acquires brain activity information that is information of brain activity, the measured brain signal information, and the one or more artifact prior information. Using the artifact information acquisition unit that estimates and acquires the artifact information, the measured brain signal information, the brain activity information, and the one or more artifact information, An output brain activity information acquisition unit that performs processing to remove the influence of artifacts from the measured brain signal information and acquires output brain activity information that is information of brain activity to be output; and an output unit that outputs the output brain activity information; Is a brain activity information output device.

かかる構成により、脳活動とアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   With this configuration, it is possible to remove the influence of artifacts and output highly accurate information on brain activities using prior information of brain activities and artifact sources.

また、本第二の発明の脳活動情報出力装置は、第一の発明に対して、前記アーチファクト事前情報格納部は、複数のアーチファクト事前情報を格納しており、前記アーチファクト情報取得部は、複数のアーチファクト源ごとに、アーチファクト情報を推定し、複数のアーチファクト情報を取得し、前記出力脳活動情報取得部は、前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記複数のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報から複数のアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the second aspect of the present invention, in contrast to the first aspect, the artifact advance information storage unit stores a plurality of artifact advance information, and the artifact information acquisition unit includes a plurality of artifact information acquisition units. For each artifact source, the artifact information is estimated, a plurality of artifact information is acquired, and the output brain activity information acquisition unit uses the measured brain signal information, the brain activity information, and the plurality of artifact information, It is a brain activity information output device that performs processing to remove the influence of a plurality of artifacts from the measured brain signal information and obtains output brain activity information that is information of brain activity to be output.

かかる構成により、脳活動と複数のアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、さらに精度の高い脳活動の情報を出力できる。   With this configuration, it is possible to remove the influence of artifacts using brain information and prior information of a plurality of artifact sources, and to output more accurate information on brain activities.

また、本第三の発明の脳活動情報出力装置は、第一、第二いずれかの発明に対して、前記脳事前情報、および前記1以上の各アーチファクト事前情報は、信号の強度に関する情報である強度情報を含み、前記脳事前情報の強度情報と、前記1以上の各アーチファクト事前情報の各強度情報は、異なることを特徴とする脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the third aspect of the present invention, the brain prior information and the one or more pieces of artifact prior information are information relating to signal strength, relative to either the first or second aspect of the invention. The brain activity information output device is characterized in that it includes certain intensity information, and the intensity information of the brain prior information is different from the intensity information of the one or more pieces of artifact prior information.

かかる構成により、脳活動とアーチファクト源の事前情報であり、信号の強度に関する情報である強度情報を含む事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除くことにより、さらに精度の高い脳活動の情報を出力できる。   With this configuration, information on brain activity and artifact sources is output in advance, and information about the intensity of the signal, which is information related to signal strength, is used to remove the effects of artifacts and output more accurate information on brain activity. it can.

また、本第四の発明の脳活動情報出力装置は、第一から第三いずれかの発明に対して、前記1以上のアーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まれるアーチファクト源に関する事前の情報である生体アーチファクト事前情報を含む脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the fourth aspect of the present invention, with respect to any one of the first to third aspects, the one or more artifact prior information is prior information related to an artifact source included in the living body of the subject. It is a brain activity information output device including certain biological artifact prior information.

かかる構成により、脳活動と生体に含まれるアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   With such a configuration, it is possible to remove the influence of artifacts and output highly accurate information on brain activities using brain information and prior information on artifact sources included in the living body.

また、本第五の発明の脳活動情報出力装置は、第四の発明に対して、前記1以上のアーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まない外部のアーチファクト源に関する事前の情報である外部アーチファクト事前情報を含む脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the fifth aspect of the invention, in contrast to the fourth aspect of the invention, the one or more artifact advance information is an external artifact that is advance information relating to an external artifact source that is not included in the living body of the subject. It is a brain activity information output device including prior information.

かかる構成により、脳活動と生体外のアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   With this configuration, it is possible to remove the influence of artifacts and output highly accurate information on brain activities using prior information of brain activities and in vitro artifact sources.

また、本第六の発明の脳活動情報出力装置は、第一から第五いずれかの発明に対して、前記脳事前情報は、fMRI強度情報を電流分散とし、当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、前記1以上の各アーチファクト事前情報は、fMRI強度情報と比較して大きな電流分散を用い、かつ当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、前記脳活動情報取得部は、複数のダイポール位置での電流についての情報である脳活動情報を、前記計測脳信号情報と前記脳事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、前記アーチファクト情報取得部は、アーチファクト源のダイポール位置での電流についての情報である1以上のアーチファクト情報を、前記計測脳信号情報と、前記1以上のアーチファクト事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、前記出力脳活動情報取得部は、前記計測脳信号情報から、前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報と前記アーチファクト情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得する脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the sixth aspect of the present invention, in contrast to any one of the first to fifth aspects, the brain prior information represents fMRI intensity information as current distribution and represents prior knowledge about the current distribution. Each of the one or more artifact prior information is a prior distribution that uses a large current dispersion as compared to the fMRI intensity information and represents prior knowledge about the current distribution, and the brain activity information acquisition unit includes: Brain activity information, which is information about current at a plurality of dipole positions, is estimated and acquired using hierarchical Bayesian estimation using the measured brain signal information and the brain prior information, and the artifact information acquisition unit includes: One or more artifact information, which is information about the current at the dipole position of the artifact source, includes the measured brain signal information and the one or more artifact prior information. The output brain activity information acquisition unit is arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information from the measured brain signal information. The brain activity information output device obtains output brain activity information by performing a process excluding the brain activity information corresponding to the dipole and the artifact information.

かかる構成により、脳活動の情報を電流レベルで推定できる。   With such a configuration, information on brain activity can be estimated at the current level.

また、本第七の発明の脳活動情報出力装置は、第一から第五いずれかの発明に対して、前記計測脳信号情報は、頭部周辺で観測された磁場に関する情報であり、前記出力脳活動情報取得部は、前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報である電流の情報から磁場に関する情報である背景脳磁場情報を取得し、かつ、前記アーチファクト情報である電流の情報から磁場に関する情報であるアーチファクト磁場情報を取得し、前記計測脳信号情報から、前記背景脳磁場情報と前記アーチファクト磁場情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得する脳活動情報出力装置である。   Further, in the brain activity information output device according to the seventh aspect of the present invention, the measured brain signal information is information relating to a magnetic field observed around the head, and the output The brain activity information acquisition unit obtains background brain magnetic field information, which is information related to a magnetic field, from current information, which is brain activity information corresponding to a dipole arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information. Obtaining and obtaining the artifact magnetic field information that is information about the magnetic field from the information of the current that is the artifact information, performing the process of removing the background brain magnetic field information and the artifact magnetic field information from the measured brain signal information, It is a brain activity information output device that acquires output brain activity information.

かかる構成により、センサレベルで推定できる。   With such a configuration, it can be estimated at the sensor level.

また、本第八の発明の脳活動情報出力装置は、第一から第七いずれかの発明に対して、前記出力脳活動情報取得部が取得した出力脳活動情報と、前記計測脳信号情報とを用いて、当該出力脳活動情報におけるノイズ除去の精度に関する情報であるノイズ除去精度情報を取得するノイズ除去精度情報取得部をさらに具備し、前記出力部は、前記ノイズ除去精度情報が、予め格納されている閾値と比較して高い精度である場合のみ、前記出力脳活動情報を出力する脳活動情報出力装置である。   The brain activity information output device according to the eighth aspect of the present invention provides the output brain activity information acquired by the output brain activity information acquisition unit, the measured brain signal information, And a noise removal accuracy information acquisition unit for acquiring noise removal accuracy information, which is information related to noise removal accuracy in the output brain activity information, and the output unit stores the noise removal accuracy information in advance. The brain activity information output device outputs the output brain activity information only when the accuracy is higher than the threshold value.

かかる構成により、一定以上の精度であることを確認した上で、脳活動の情報を出力できる。   With this configuration, it is possible to output information on brain activity after confirming that the accuracy is above a certain level.

本発明による脳活動情報出力装置によれば、脳活動とアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   According to the brain activity information output device according to the present invention, it is possible to remove the influence of artifacts using brain information and prior information on artifact sources, and to output highly accurate information on brain activities.

以下、本発明に係る脳活動情報出力装置等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
(実施の形態1)
Hereinafter, embodiments of a brain activity information output device and the like according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, since the component which attached | subjected the same code | symbol in embodiment performs the same operation | movement, description may be abbreviate | omitted again.
(Embodiment 1)

本実施の形態において、脳活動とアーチファクト源の事前情報を用いて、アーチファクトの影響を取り除き、精度の高い脳活動の情報を出力できる脳活動情報出力システムについて説明する。また、本実施の形態において、電流レベルで脳活動の情報を推定する脳活動情報出力システムについて説明する。また、本実施の形態において、アーチファクト源が複数存在する場合について説明する。また、本実施の形態において、脳事前情報とアーチファクト事前情報との信号の大きさが異なることを想定している脳活動情報出力システムについて説明する。また、アーチファクト源は、生体である眼球、心臓、筋電などであったり、TVの電波などの外部のものであったりする。さらに、本実施の形態において、脳活動信号をチェックし、精度が一定以上であることを確認後、脳信号を出力について説明する。なお、アーチファクト事前情報とはノイズ事前情報と同意義である。   In the present embodiment, a brain activity information output system capable of removing the influence of artifacts and outputting highly accurate information on brain activities using prior information of brain activities and artifact sources will be described. Further, in the present embodiment, a brain activity information output system that estimates brain activity information based on current levels will be described. In the present embodiment, a case where there are a plurality of artifact sources will be described. In addition, in this embodiment, a brain activity information output system that assumes that the signal magnitudes of the brain prior information and the artifact prior information are different will be described. The artifact source may be a living eyeball, heart, myoelectricity, or the like, or an external source such as TV radio waves. Furthermore, in this embodiment, after checking the brain activity signal and confirming that the accuracy is above a certain level, the output of the brain signal will be described. Note that artifact prior information has the same meaning as noise prior information.

図1は、本実施の形態における脳活動情報出力システムのブロック図である。脳活動情報出力システムは、脳信号計測装置11、脳活動情報出力装置12を具備する。   FIG. 1 is a block diagram of a brain activity information output system in the present embodiment. The brain activity information output system includes a brain signal measurement device 11 and a brain activity information output device 12.

脳信号計測装置11は、脳信号を計測する装置である。脳信号計測装置11は、例えば、脳磁計測装置である。脳磁計測装置は、脳活動に関する事象を観測する観測手段としてのブレインキャップ1101を含んでも良い。ブレインキャップ1101は、例えば、208チャンネルセンサを有する。ただし、ブレインキャップ1101のチャンネル数は問わない。なお、脳信号とは、磁場でも良いし、電流等でも良い。   The brain signal measuring device 11 is a device that measures brain signals. The brain signal measuring device 11 is, for example, a brain magnetic field measuring device. The magnetoencephalographic measurement apparatus may include a brain cap 1101 as an observation means for observing an event related to brain activity. The brain cap 1101 has, for example, a 208 channel sensor. However, the number of channels of the brain cap 1101 does not matter. The brain signal may be a magnetic field or an electric current.

脳活動情報出力装置12は、計測脳信号情報格納部121、脳事前情報格納部122、アーチファクト事前情報格納部123、脳活動情報取得部124、アーチファクト情報取得部125、出力脳活動情報取得部126、ノイズ除去精度情報取得部127、出力部128を具備する。   The brain activity information output device 12 includes a measured brain signal information storage unit 121, a brain advance information storage unit 122, an artifact advance information storage unit 123, a brain activity information acquisition unit 124, an artifact information acquisition unit 125, and an output brain activity information acquisition unit 126. , A noise removal accuracy information acquisition unit 127 and an output unit 128 are provided.

脳活動情報出力装置12は、脳信号計測装置11が取得した脳の信号に関する情報である計測脳信号情報から、アーチファクト除去を行い、精度の高い脳活動情報を出力する装置である。   The brain activity information output device 12 is a device that removes artifacts from measured brain signal information, which is information related to brain signals acquired by the brain signal measurement device 11, and outputs highly accurate brain activity information.

計測脳信号情報格納部121は、計測された脳の信号に関する情報である計測脳信号情報を格納し得る。計測脳信号情報は、脳磁計測装置(脳信号計測装置11の一例)の測定結果でも良いし、当該計測結果から、低周波のドリフト除去を行った情報でも良い。また、計測脳信号情報は、MEGデータでも良いし、電流の情報でも良い。また、通常、計測脳信号情報は、複数地点(例えば、208チャンネル)の情報であり、計測脳信号情報格納部121には、複数の脳信号情報が格納されている。   The measured brain signal information storage unit 121 can store measured brain signal information that is information related to the measured brain signals. The measured brain signal information may be a measurement result of a magnetoencephalogram measurement device (an example of the brain signal measurement device 11), or may be information obtained by removing low-frequency drift from the measurement result. The measured brain signal information may be MEG data or current information. In addition, usually, the measured brain signal information is information of a plurality of points (for example, 208 channels), and the measured brain signal information storage unit 121 stores a plurality of brain signal information.

計測脳信号情報は、例えば、被験者の脳神経活動の電気的変化に伴って、被験者の頭部周辺で観測された微弱な磁場である。例えば、神経電流を位置と方向が固定されたN個の電流ダイポールでモデル化し、その電流モーメントの強度をN次元ベクトルJで表すM個のMEGセンサ上での観測磁場をM次元ベクトルBで表すと、次式が成り立つ。
The measured brain signal information is, for example, a weak magnetic field observed around the head of the subject with an electrical change in the subject's cranial nerve activity. For example, a neural current is modeled by N current dipoles whose positions and directions are fixed, and the magnetic field observed on M MEG sensors, whose intensity is represented by an N-dimensional vector J, is represented by an M-dimensional vector B. And the following equation holds.

このM次元ベクトルBが、計測脳信号情報の例である。また、上記のN次元ベクトルJを計測脳信号情報の例としても良い。ここで、Gはリードフィールド行列と呼ばれ、単位電流モーメントによって発生する磁場を表す行列である。脳を囲む頭蓋内部が均一な媒質の球であると仮定すると、リードフィールドの成分はSarvasの式によって解析的に計算できる。MEG信号を生成する主要な脳活動成分は錐体細胞に流れる電流であるという知見に基づき、皮質表面上に垂直な向きを持つ電流ダイポールを仮定する、とする。なお、Sarvasの式は、公知の式であるので、詳細な説明は省略する。   This M-dimensional vector B is an example of measured brain signal information. The N-dimensional vector J may be used as an example of measured brain signal information. Here, G is called a lead field matrix and is a matrix representing a magnetic field generated by a unit current moment. Assuming that the inside of the skull surrounding the brain is a uniform medium sphere, the lead field component can be analytically calculated by the Sarvas equation. Assume that a current dipole with a perpendicular orientation on the cortical surface is assumed based on the knowledge that the main brain activity component that generates the MEG signal is the current flowing in the cone cells. The Sarvas equation is a well-known equation and will not be described in detail.

計測脳信号情報格納部121は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。計測脳信号情報格納部121に計測脳信号情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して計測脳信号情報が計測脳信号情報格納部121で記憶されるようになってもよく、脳信号計測装置11から通信回線等を介して送信された計測脳信号情報が計測脳信号情報格納部121で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力された計測脳信号情報が計測脳信号情報格納部121で記憶されるようになってもよい。   The measurement brain signal information storage unit 121 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium. The process in which the measurement brain signal information is stored in the measurement brain signal information storage unit 121 does not matter. For example, the measurement brain signal information may be stored in the measurement brain signal information storage unit 121 via a recording medium, and the measurement brain signal information transmitted from the brain signal measurement device 11 via a communication line or the like is stored. The measurement brain signal information storage unit 121 may store the information, or the measurement brain signal information input via the input device may be stored in the measurement brain signal information storage unit 121. .

脳事前情報格納部122は、脳活動に関する事前の情報である脳事前情報を格納し得る。脳事前情報は、脳の電流に対する事前分布であり、事前知識に基づいて定められる情報である。脳事前情報は、例えば、後述するP(J)である。脳事前情報は、例えば、階層ベイズ推定を用いて、図示しない導出手段により導出されたものである。階層ベイズ推定では、次のようなダイポールに対する階層事前分布を取得する。また、脳事前情報は、信号の強度に関する情報である強度情報を含むことは好適である。さらに、脳事前情報は、fMRI強度情報を電流分散とし、当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であっても良い。 The brain advance information storage unit 122 can store brain advance information that is advance information related to brain activity. The brain prior information is a prior distribution with respect to the brain current and is information determined based on prior knowledge. The brain prior information is, for example, P 0 (J) described later. The prior brain information is derived by deriving means (not shown) using, for example, hierarchical Bayesian estimation. In hierarchical Bayesian estimation, hierarchical prior distributions for the following dipoles are acquired. In addition, it is preferable that the brain prior information includes intensity information that is information related to the intensity of the signal. Further, the brain prior information may be a prior distribution representing fMRI intensity information as current dispersion and representing prior knowledge about the current distribution.

以下、階層事前分布の取得方法を説明する前に、階層ベイズ推定を用いて、ダイポール位置での電流を推定する方法について説明する。   Hereinafter, a method for estimating a current at a dipole position using hierarchical Bayesian estimation will be described before describing a method for acquiring a hierarchical prior distribution.

つまり、脳表面近くのM点での測定した磁場をB=(B,...,B、脳表面上に仮定したダイポールに流れる電流分布をJ={J|i=1,...,N}と表す、とする。また、階層ベイズ推定において、電流分布Jが与えられたときに磁場Bが観測される確率P(B|J)が、数式2の正規分布に従うと仮定する。
That is, the magnetic field measured at the M point near the brain surface is B = (B 1 ,..., B M ) T , and the current distribution flowing through the dipole assumed on the brain surface is J = {J i | i = 1. ,..., N}. In the hierarchical Bayesian estimation, it is assumed that the probability P (B | J) that the magnetic field B is observed when the current distribution J is given follows the normal distribution of Equation 2.

数式2において、βはノイズ分散の逆数である。また、磁場Bを観測したときの電流Jの事後分布(P(J|B))は次の数式3で表される。
In Equation 2, β is the reciprocal of noise variance. Further, the posterior distribution (P (J | B)) of the current J when the magnetic field B is observed is expressed by the following Equation 3.

数式3において、P(B)は周辺尤度である。P(J)は電流に対する事前分布であり、所定の事前知識に基づいて定められる。階層ベイズ推定では、以下の数式4から数式6のようなダイポールに対する階層事前分布が導入される。
In Equation 3, P (B) is the marginal likelihood. P 0 (J) is a prior distribution with respect to the current, and is determined based on predetermined prior knowledge. In hierarchical Bayesian estimation, hierarchical prior distributions for dipoles as shown in the following equations 4 to 6 are introduced.

数式4において、Aはその対角成分がα={α|i=1,...,N}である対角行列であり、α?1 がJの事前電流分散に対応する。ここで、事前電流分散を表すパラメータを、以下の数式7に示すものとする。
In Equation 4, A is a diagonal matrix whose diagonal component is α = {α i | i = 1,..., N}, and α ? 1 i corresponds to the pre-current distribution of J i . Here, it is assumed that a parameter representing the prior current dispersion is shown in the following Expression 7.

階層事前分布のパラメータであるν0iバー(バーは、νの上の−を有する文字を意味する)とγ0iはハイパーパラメータと呼ばれている。これらの値はfMRIの活動強度情報(t値)、倍率のパラメータm、信頼度のパラメータγ・γ0iから定義されている。ν0iバーはfMRIのt値に応じて設定され、背景電流分散をν0,baseとすると、ν0iバーは、数式8のように表される。なお、ハイパーパラメータは、信号の強度に関する情報である強度情報の例である。
The parameters of the hierarchical prior distribution ν 0i bar (the bar means a character having − on ν) and γ 0i are called hyperparameters . These values are defined from fMRI activity intensity information (t value), magnification parameter m 0 , and reliability parameter γ 0 · γ 0i . The ν 0i bar is set in accordance with the fMRI t value, and the ν 0i bar is expressed as in Equation 8 when the background current dispersion is ν 0, base . The hyper parameter is an example of intensity information that is information on the intensity of the signal.

ここで、tハット(ハットは、tの上に^が存在することを示す)は最大値が1となるようにfMRIのt値を正規化した値である。 Here, t i hat (hat, it indicates the presence of ^ over t) is the maximum value is a value obtained by normalizing the t value of fMRI to be 1.

νバーが大きいと、電流の分散が大きくなる確率が高くなる(i番目のダイポールに電流が流れやすい、という事前情報を与えることを意味する)。ハイパーパラメータγ0iは階層事前分布の信頼度を制御する。γ0iが小さいほど信頼度が低く、大きいほど信頼度が高いことを表す。 If the ν i bar is large, the probability that the current dispersion becomes large increases (meaning that prior information is given that the current easily flows through the i-th dipole). The hyperparameter γ 0i controls the reliability of the hierarchical prior distribution. The smaller γ 0i is, the lower the reliability is, and the larger γ 0i is, the higher the reliability is.

脳事前情報は、例えば、図示しない脳事前情報取得手段により、fMRI活動強度情報を数式8に代入し,m=100、γ0i=100として事前分散の推定を行い、取得された情報である。なお、脳事前情報は、皮質上に配置したダイポールに対して、事前分散の推定を行い、取得された情報である。 The prior brain information is information obtained by substituting fMRI activity intensity information into Formula 8 and estimating prior variance as m 0 = 100 and γ 0i = 100 by a brain prior information acquisition unit (not shown), for example. . The prior brain information is information obtained by estimating prior dispersion for a dipole placed on the cortex.

脳事前情報格納部122は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。脳事前情報格納部122に脳事前情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介して脳事前情報が脳事前情報格納部122で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信された脳事前情報が脳事前情報格納部122で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力された脳事前情報が脳事前情報格納部122で記憶されるようになってもよい。   The brain prior information storage unit 122 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium. The process in which brain prior information is stored in the brain prior information storage unit 122 does not matter. For example, the brain advance information may be stored in the brain advance information storage unit 122 via a recording medium, and the brain advance information transmitted via a communication line or the like is stored in the brain advance information storage unit 122. Alternatively, the prior brain information input via the input device may be stored in the prior brain information storage unit 122.

アーチファクト事前情報格納部123は、アーチファクト源に関する事前の情報である1以上のアーチファクト事前情報を格納し得る。アーチファクト事前情報格納部123は、複数のアーチファクト事前情報を格納していることは好適である。アーチファクト源とは、例えば、生体の一部である眼球、咀嚼筋、心拍などである。また、アーチファクト源とは、例えば、生体以外の外部のアーチファクト源であるテレビ、輸送物(自動車、トラック、電車等)の通過などでも良い。つまり、アーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まれるアーチファクト源に関する事前の情報である生体アーチファクト事前情報を含む。また、アーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まない外部のアーチファクト源に関する事前の情報である外部アーチファクト事前情報を含んでも良い。アーチファクト事前情報は、脳事前情報と同様に、例えば、階層ベイズ推定を用いて得られる情報であり、数式4から数式6のようなダイポールに対する階層事前分布である。ただし、アーチファクト事前情報は、脳事前情報とは、電流分散の大きさ(信号の強度である強度情報)が異なる。例えば、各種のアーチファクト事前情報は、数式9、10のように表される。また、アーチファクト事前情報は、強度情報を含むことは好適である。また、脳事前情報の強度情報と、1以上の各アーチファクト事前情報の各強度情報は、異なることは好適である。さらに、各アーチファクト事前情報は、fMRI強度情報と比較して大きな電流分散を用い、かつ当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であることは好適である。
The artifact advance information storage unit 123 may store one or more pieces of artifact advance information that are advance information related to the artifact source. It is preferable that the artifact advance information storage unit 123 stores a plurality of artifact advance information. The artifact source is, for example, an eyeball, a masticatory muscle, a heartbeat, or the like that is a part of a living body. The artifact source may be, for example, a television that is an external artifact source other than a living body, a passage of a transported object (such as an automobile, a truck, or a train). That is, the artifact advance information includes biological artifact advance information that is advance information regarding an artifact source included in the subject's living body. Further, the artifact prior information may include external artifact prior information that is prior information regarding an external artifact source that is not included in the subject's living body. The artifact prior information is information obtained by using hierarchical Bayesian estimation, for example, similarly to the brain prior information, and is a hierarchical prior distribution for dipoles such as Expressions 4 to 6. However, artifact prior information differs from brain prior information in the magnitude of current dispersion (intensity information, which is the intensity of a signal). For example, various types of artifact prior information are expressed as Equations 9 and 10. In addition, it is preferable that the artifact prior information includes strength information. In addition, it is preferable that the intensity information of the brain prior information and the intensity information of the one or more pieces of artifact prior information are different. Furthermore, it is preferable that each artifact prior information is a prior distribution that uses a larger current dispersion than the fMRI intensity information and represents prior knowledge about the current distribution.

ここで,νeyeバー(バーとは、νの上の−を有することを示す)、νcardiacバー、νmasticatoryバーはそれぞれ眼球中心、心臓位置、咀嚼筋に配置したダイポールに関するハイパーパラメータν0iバーである。また、γeye、γcardiac、γmasticatoryは、ハイパーパラメータγ0iに対して同様の値を表す。 Here, the ν eye bar (the bar indicates that it has − on ν), the ν cardiac bar, and the ν statistical bar are hyperparameters ν 0i bar related to the dipole placed at the eyeball center, heart position, and masticatory muscle, respectively. It is. In addition, γ eye , γ cardiac , and γ masicatory represent the same values for the hyperparameter γ 0i .

なお、νbrainバー:νeyeバー:νcardiacバー:νmasticatoryバーは、例えば、「1:50:5000:100」などの簡易な比でも良い。 Note that ν brain bar: ν eye bar: ν cardiac bar: ν quantitative bar may have a simple ratio such as “1: 50: 5000: 100”, for example.

また、これらの事前電流分散は、例えば、図示しないアーチファクト事前情報取得手段が、観測磁場と復元磁場のあてはまりの度合(Goodness−of−fit,GoF)である第一の指標、fMRIの活動強度情報と平均電流分散の相関係数である第二の指標、の2種類の指標をもとに決定したものであることは好適である。   In addition, these prior current dispersions are, for example, the first index that is the degree of fit between the observed magnetic field and the restored magnetic field (Goodness-of-fit, GoF) by the artifact prior information acquisition unit (not shown), and fMRI activity intensity information And a second index that is a correlation coefficient of average current dispersion are preferably determined based on two types of indices.

具体的には、GoFは数式11により定義される量とした。
Specifically, GoF is an amount defined by Equation 11.

数式11において、チャンネルjでの計測磁場をBobs(j)、チャンネルjにおける復元磁場をBest(j)とする。Mはセンサ数とする。推定電流から計算される磁場(復元磁場)と観測磁場が一致しているならばGoFは大きくなる(100に近づく)。推定結果と計測結果が一致するようなハイパーパラメータを選択するための判断材料としてGoFを用いた。第二の指標については、fMRIの活動が期待される位置では、脳内での神経活動も大きくなることが期待される。そのため、fMRIの活動強度情報と平均電流分散には対応関係があると考えられる(ふたつの相関係数が最も大きくなることが期待される)。第一の指標と第二の指標の条件をできるだけ満たすようなハイパーパラメータの組を選択することでアーチファクト源の電流強度に関する粗い情報をあらかじめ設定し、アーチファクト事前情報取得手段は、ダイポールに関する事前分散(アーチファクト事前情報)を推定し、取得するものとする。アーチファクト事前情報格納部123は、不揮発性の記録媒体が好適であるが、揮発性の記録媒体でも実現可能である。アーチファクト事前情報格納部123にアーチファクト事前情報が記憶される過程は問わない。例えば、記録媒体を介してアーチファクト事前情報がアーチファクト事前情報格納部123で記憶されるようになってもよく、通信回線等を介して送信されたアーチファクト事前情報がアーチファクト事前情報格納部123で記憶されるようになってもよく、あるいは、入力デバイスを介して入力されたアーチファクト事前情報がアーチファクト事前情報格納部123で記憶されるようになってもよい。 In Equation 11, the measured magnetic field in channel j is B obs (j), and the restored magnetic field in channel j is B est (j). M is the number of sensors. If the magnetic field calculated from the estimated current (restored magnetic field) matches the observed magnetic field, the GoF increases (approaches 100). GoF was used as a judgment material for selecting a hyperparameter that matches the estimation result and the measurement result. As for the second index, it is expected that nerve activity in the brain also increases at a position where fMRI activity is expected. Therefore, it is considered that there is a correspondence between the activity intensity information of fMRI and the average current dispersion (the two correlation coefficients are expected to be the largest). Coarse information on the current intensity of the artifact source is set in advance by selecting a set of hyperparameters that satisfies the conditions of the first index and the second index as much as possible. Artifact prior information) is estimated and acquired. The artifact advance information storage unit 123 is preferably a non-volatile recording medium, but can also be realized by a volatile recording medium. The process in which the artifact advance information is stored in the artifact advance information storage unit 123 does not matter. For example, the artifact advance information may be stored in the artifact advance information storage unit 123 via a recording medium, and the artifact advance information transmitted via a communication line or the like is stored in the artifact advance information storage unit 123. Alternatively, the artifact advance information input via the input device may be stored in the artifact advance information storage unit 123.

脳活動情報取得部124は、計測脳信号情報格納部121に格納されている計測脳信号情報と、脳事前情報格納部122に格納されている脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する。脳活動情報取得部124は、複数のダイポール位置での電流についての情報である脳活動情報を、計測脳信号情報(例えば、B)と脳事前情報(例えば、P(J))とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得することは好適である。例えば、脳活動情報取得部124は、上述した数式3の情報を格納しており、当該数式3を用いて、電流Jの事後分布(P(J|B))を取得する。電流Jの事後分布(P(J|B))は、脳活動情報である。脳活動情報取得部124は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。脳活動情報取得部124の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。 The brain activity information acquisition unit 124 uses the measured brain signal information stored in the measured brain signal information storage unit 121 and the brain prior information stored in the brain prior information storage unit 122 as brain activity information. Estimate and obtain certain brain activity information. The brain activity information acquisition unit 124 uses measured brain signal information (for example, B) and brain prior information (for example, P 0 (J)) as brain activity information that is information about current at a plurality of dipole positions. It is preferable to estimate and obtain using hierarchical Bayesian estimation. For example, the brain activity information acquisition unit 124 stores the information of Formula 3 described above, and acquires the posterior distribution (P (J | B)) of the current J using the Formula 3. The posterior distribution (P (J | B)) of the current J is brain activity information. The brain activity information acquisition unit 124 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the brain activity information acquisition unit 124 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

アーチファクト情報取得部125は、計測脳信号情報と、1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得する。アーチファクト情報取得部125は、複数のアーチファクト源ごとに、アーチファクト情報を推定し、複数のアーチファクト情報を取得することは好適である。アーチファクト情報取得部125は、アーチファクト源のダイポール位置での電流についての情報である1以上のアーチファクト情報を、計測脳信号情報と、1以上のアーチファクト事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得することは好適である。アーチファクト情報取得部125は、事前情報が異なるが、脳活動情報取得部124と同様の動作を行う。つまり、アーチファクト情報取得部125は、数式3を用いて、各アーチファクト源に対応する電流Jの事後分布(P(J|B))を取得する。アーチファクト情報取得部125は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。アーチファクト情報取得部125の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The artifact information acquisition unit 125 estimates and acquires one or more artifact information, which is information of an artifact source, using the measured brain signal information and the one or more artifact prior information. It is preferable that the artifact information acquisition unit 125 estimates the artifact information for each of the plurality of artifact sources and acquires the plurality of artifact information. The artifact information acquisition unit 125 estimates one or more artifact information, which is information about the current at the dipole position of the artifact source, using hierarchical Bayesian estimation using measured brain signal information and one or more artifact prior information. However, it is suitable to acquire. The artifact information acquisition unit 125 performs the same operation as the brain activity information acquisition unit 124, although the prior information is different. That is, the artifact information acquisition unit 125 acquires the posterior distribution (P (J | B)) of the current J corresponding to each artifact source using Equation 3. The artifact information acquisition unit 125 can usually be realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the artifact information acquisition unit 125 is usually realized by software, and the software is recorded on a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

出力脳活動情報取得部126は、計測脳信号情報と脳活動情報と1以上のアーチファクト情報とを用いて、計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する。つまり、アーチファクトの影響を取り除くために、脳皮質のダイポールとアーチファクト源のダイポールの推定を同時に行うこととなる。なお、脳皮質のダイポールの推定とは、脳活動情報取得部124が脳活動情報を取得する処理である。アーチファクト源のダイポールの推定とは、アーチファクト情報取得部125が、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を取得する処理である。   The output brain activity information acquisition unit 126 performs processing for removing the influence of the artifact from the measured brain signal information using the measured brain signal information, the brain activity information, and one or more artifact information, and outputs the brain activity information as output information. Get some output brain activity information. That is, in order to remove the influence of the artifact, the dipole of the brain cortex and the dipole of the artifact source are simultaneously estimated. The estimation of the dipole of the brain cortex is a process in which the brain activity information acquisition unit 124 acquires brain activity information. The estimation of the artifact source dipole is a process in which the artifact information acquisition unit 125 acquires one or more pieces of artifact information that is information of the artifact source.

また、出力脳活動情報取得部126は、計測脳信号情報と脳活動情報と複数のアーチファクト情報とを用いて、計測脳信号情報から複数のアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得することは好適である。   Further, the output brain activity information acquisition unit 126 performs processing for removing the influence of the plurality of artifacts from the measured brain signal information using the measured brain signal information, the brain activity information, and the plurality of artifact information, and is outputted. It is preferable to obtain output brain activity information that is information of the above.

さらに、出力脳活動情報取得部126は、計測脳信号情報から、脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報とアーチファクト情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得することは好適である。なお、脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールの情報は、予め設定されていても良いし、ユーザが手入力により与えるなどしても良い。   Further, the output brain activity information acquisition unit 126 removes, from the measured brain signal information, brain activity information and artifact information corresponding to a dipole arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information. To obtain output brain activity information. Information on dipoles arranged at positions where it is considered that there is no brain activity may be set in advance, or may be given manually by the user.

以下、出力脳活動情報取得部126等の具体的な動作例について説明する。今、脳皮質とアーチファクト源のダイポールをそれぞれJbrain,Jnoise,リードフィールド行列をGbrain,Gnoise,ダイポールの事前分散をA?1 brain,A?1 noiseとすると、以下の式12から14を用いて、脳活動情報取得部124、およびアーチファクト情報取得部125は、それぞれ脳皮質とアーチファクト源のダイポールJを推定する。
Hereinafter, a specific operation example of the output brain activity information acquisition unit 126 and the like will be described. If the brain cortex and artifact source dipole are J brain , J noise , the lead field matrix is G brain , G noise , and the prior dispersion of the dipole is A ? 1 brain , A ? 1 noise , then the following equations 12 to 14 , The brain activity information acquisition unit 124 and the artifact information acquisition unit 125 estimate the brain cortex and the artifact source dipole J, respectively.

つまり、脳活動情報取得部124とアーチファクト情報取得部125により、階層ベイズ推定法でアーチファクト源と脳皮質のダイポールを同時に推定した後に、出力脳活動情報取得部126は、fMRIの活動がない位置に配置されたダイポールのみが作る磁場を、数式15にしたがって観測磁場Bから取り除き、Bprunedを算出し、メモリ上に配置する。なお、観測磁場Bは、計測脳信号情報の一例であり、Bprunedは、出力脳活動情報の一例である。
That is, after the brain activity information acquisition unit 124 and the artifact information acquisition unit 125 simultaneously estimate the artifact source and the cortical dipole by the hierarchical Bayesian estimation method, the output brain activity information acquisition unit 126 is located at a position where there is no fMRI activity. The magnetic field generated only by the arranged dipole is removed from the observed magnetic field B according to Equation 15 to calculate B pruned and placed on the memory. The observed magnetic field B is an example of measured brain signal information, and B pruned is an example of output brain activity information.

出力脳活動情報取得部126は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。出力脳活動情報取得部126の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The output brain activity information acquisition unit 126 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the output brain activity information acquisition unit 126 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

ノイズ除去精度情報取得部127は、出力脳活動情報取得部126が取得した出力脳活動情報と、計測脳信号情報とを用いて、当該出力脳活動情報におけるノイズ除去の精度に関する情報であるノイズ除去精度情報を取得する。ノイズ除去精度情報取得部127の具体的な処理の例は、後述する。ノイズ除去精度情報取得部127は、通常、MPUやメモリ等から実現され得る。ノイズ除去精度情報取得部127の処理手順は、通常、ソフトウェアで実現され、当該ソフトウェアはROM等の記録媒体に記録されている。但し、ハードウェア(専用回路)で実現しても良い。   The noise removal accuracy information acquisition unit 127 uses the output brain activity information acquired by the output brain activity information acquisition unit 126 and the measured brain signal information, and performs noise removal that is information regarding the accuracy of noise removal in the output brain activity information. Get accuracy information. An example of a specific process of the noise removal accuracy information acquisition unit 127 will be described later. The noise removal accuracy information acquisition unit 127 can be usually realized by an MPU, a memory, or the like. The processing procedure of the noise removal accuracy information acquisition unit 127 is usually realized by software, and the software is recorded in a recording medium such as a ROM. However, it may be realized by hardware (dedicated circuit).

出力部128は、出力脳活動情報を出力する。出力部128は、ノイズ除去精度情報が、予め格納されている閾値と比較して高い精度である場合のみ、出力脳活動情報を出力しても良い。ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プロジェクターを用いた投影、プリンタへの印字、音出力、外部の装置への送信、記録媒体への蓄積、他の処理装置や他のプログラム等への処理結果の引渡し等を含む概念である。出力部128は、ディスプレイやスピーカー等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えても良い。出力部128は、出力デバイスのドライバーソフトまたは、出力デバイスのドライバーソフトと出力デバイス等で実現され得る。   The output unit 128 outputs output brain activity information. The output unit 128 may output the output brain activity information only when the noise removal accuracy information is higher than the threshold value stored in advance. Here, output refers to display on a display, projection using a projector, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, storage in a recording medium, other processing device or other program, etc. It is a concept including delivery of processing results. The output unit 128 may or may not include an output device such as a display or a speaker. The output unit 128 can be realized by output device driver software, or output device driver software and an output device.

次に、脳活動情報出力システムを構成する脳活動情報出力装置12の動作について、図2のフローチャートを用いて説明する。   Next, operation | movement of the brain activity information output apparatus 12 which comprises a brain activity information output system is demonstrated using the flowchart of FIG.

(ステップS201)脳活動情報取得部124は、計測脳信号情報格納部121から計測脳信号情報を読み出す。   (Step S201) The brain activity information acquisition unit 124 reads the measurement brain signal information from the measurement brain signal information storage unit 121.

(ステップS202)脳活動情報取得部124は、脳事前情報格納部122から脳事前情報を読み出す。   (Step S202) The brain activity information acquisition unit 124 reads the brain advance information from the brain advance information storage unit 122.

(ステップS203)脳活動情報取得部124は、予め格納している数式であり、脳活動情報等の推定のための数式を、メモリ上に読み出す。かかる数式は、例えば、階層ベイズ推定を実現するための式である。   (Step S203) The brain activity information acquisition unit 124 is a mathematical expression stored in advance, and reads a mathematical formula for estimating brain activity information and the like on the memory. Such a mathematical expression is, for example, an expression for realizing hierarchical Bayesian estimation.

(ステップS204)脳活動情報取得部124は、ステップS203で読み出した式に対して、ステップS201で読み出した計測脳信号情報と、ステップS202で読み出した脳事前情報を代入し、当該式を実行し、脳活動情報を取得し、メモリ上に配置する。   (Step S204) The brain activity information acquisition unit 124 substitutes the measured brain signal information read in Step S201 and the brain prior information read in Step S202 for the formula read in Step S203, and executes the formula. Get brain activity information and place it on memory.

(ステップS205)アーチファクト情報取得部125は、カウンタiに1を代入する。   (Step S205) The artifact information acquisition unit 125 substitutes 1 for the counter i.

(ステップS206)アーチファクト情報取得部125は、アーチファクト事前情報格納部123に、i番目のアーチファクト事前情報が存在するか否かを判断する。i番目のアーチファクト事前情報が存在すればステップS207に行き、存在しなければステップS210に行く。   (Step S206) The artifact information acquisition unit 125 determines whether or not the i th artifact prior information exists in the artifact prior information storage unit 123. If the i th artifact prior information exists, the process proceeds to step S207, and if not, the process proceeds to step S210.

(ステップS207)アーチファクト情報取得部125は、アーチファクト事前情報格納部123から、i番目のアーチファクト事前情報を読み出す。   (Step S207) The artifact information acquisition unit 125 reads the i-th artifact advance information from the artifact advance information storage unit 123.

(ステップS208)アーチファクト情報取得部125は、ステップS203でメモリ上に読み出された数式に、ステップS201で読み出された計測脳信号情報と、ステップS207で読み出したアーチファクト事前情報を代入し、当該式を実行し、アーチファクト情報を取得し、メモリ上に配置する。   (Step S208) The artifact information acquisition unit 125 substitutes the measured brain signal information read in step S201 and the artifact prior information read in step S207 for the mathematical formula read on the memory in step S203, and Execute the formula to get the artifact information and place it in memory.

(ステップS209)アーチファクト情報取得部125は、カウンタiを1、インクリメントし、ステップS206に戻る。   (Step S209) The artifact information acquisition unit 125 increments the counter i by 1, and returns to step S206.

(ステップS210)出力脳活動情報取得部126は、ステップS204で取得された脳活動情報から、fMRI活動のない位置のダイポールに対する情報を取り除く。   (Step S210) The output brain activity information acquisition unit 126 removes information on a dipole at a position where there is no fMRI activity from the brain activity information acquired in step S204.

(ステップS211)出力脳活動情報取得部126は、ステップS210で残った情報から、ステップS208で取得された1以上のアーチファクト情報を取り除く。そして、出力脳活動情報取得部126は、出力脳活動情報を得る。   (Step S211) The output brain activity information acquisition unit 126 removes one or more artifact information acquired in Step S208 from the information remaining in Step S210. Then, the output brain activity information acquisition unit 126 obtains output brain activity information.

(ステップS212)出力部128は、ステップS211で取得された出力脳活動情報を出力し、処理を終了する。   (Step S212) The output unit 128 outputs the output brain activity information acquired in step S211 and ends the process.

なお、図2のフローチャートにおいて、ステップS210、ステップS211における処理の順序、タイミングは問わない。ステップS210、ステップS211における処理は、例えば、上述した数式15を用いて行われる。   In the flowchart of FIG. 2, the order and timing of the processing in step S210 and step S211 are not limited. The processing in step S210 and step S211 is performed using, for example, Equation 15 described above.

また、図2のフローチャートにおいて、ノイズ除去精度情報取得部127の処理は行わなかった。しかし、図2のフローチャートにおいて、出力部128は、ノイズ除去精度情報が、予め格納されている閾値と比較して高い精度である場合のみ、出力脳活動情報を出力しても良い。   In the flowchart of FIG. 2, the process of the noise removal accuracy information acquisition unit 127 is not performed. However, in the flowchart of FIG. 2, the output unit 128 may output the output brain activity information only when the noise removal accuracy information is higher than the threshold value stored in advance.

以下、本実施の形態における脳活動情報出力システムを用いた実験結果について説明する。被験者は、正常な視覚を有する健常男性3名である。被験者3名(X,Y,Z)が、MEG計測実験とfMRI計測実験の両方に参加した。実験に先だって、被験者には実験内容についての説明を行い、同意を得た上で実験を行った。   Hereinafter, experimental results using the brain activity information output system in the present embodiment will be described. The test subjects were three healthy men with normal vision. Three subjects (X, Y, Z) participated in both the MEG measurement experiment and the fMRI measurement experiment. Prior to the experiment, the test subject was explained to the subject and the experiment was conducted after obtaining consent.

MEG計測実験とは、以下のような実験である。脳信号計測装置11は、全頭型の208チャンネルセンサを有する市販の脳磁計測装置である。そして、脳信号計測装置11により、1000HzでMEGデータが記録した。なお、MEGデータは、計測脳信号情報の一例であるとも考えられる。   The MEG measurement experiment is the following experiment. The brain signal measuring device 11 is a commercially available magnetoencephalographic measuring device having a full-head 208 channel sensor. The brain signal measuring device 11 recorded MEG data at 1000 Hz. MEG data is also considered to be an example of measured brain signal information.

そして、実験課題として、被験者は運動する視標を、固視点を注視したまま、心的に追従する課題を行った(covert pursuit task)。具体的には、以下の(a)から(d)の流れで課題を遂行した。   Then, as an experimental task, the subject performed a task of following the moving target while gazing at the fixed viewpoint (cover pursuit task). Specifically, the task was accomplished in the following flow (a) to (d).

(a)被験者は、準備が出来たら、タスク開始のボタンを押す。(b)固視点と視標が画面中央に現れる(1000±500ms間待つ)。ターゲットは画面中央で静止している。被験者は固視点を見つめ続けるように指示された。見つめる時間は4000msとした(pretrigger期間)。(c)その後、視標が水平方向に動き始める。被験者は、固視点を見つめながら視標を心の中で追従するように指示された。視標は4000ms間動き続けた。(d)視標が消え、被験者は休憩する。そして、(a)から(d)の流れを1試行とした。指標の運動パターンは3種類あり、それぞれ30試行ずつランダムに提示した(3種類×30試行=合計90試行)。これを1セッションとして、被験者は合計で3セッション(1セッション90試行×3セッション=合計270試行)課題を遂行した。   (A) When the subject is ready, he presses the button to start the task. (B) The fixation point and the target appear in the center of the screen (wait for 1000 ± 500 ms). The target is stationary at the center of the screen. Subject was instructed to continue staring at the fixation point. The time to stare was 4000 ms (pretrigger period). (C) Thereafter, the visual target starts to move in the horizontal direction. The subject was instructed to follow the target in his / her heart while gazing at the fixed viewpoint. The target continued to move for 4000 ms. (D) The target disappears and the subject takes a break. The flow from (a) to (d) was taken as one trial. There were three types of index movement patterns, and 30 trials were presented at random (3 types x 30 trials = 90 trials in total). With this as one session, the subjects performed a total of 3 sessions (1 session 90 trials × 3 sessions = total 270 trials).

次に、fMRI計測実験について説明する。fMRI計測には市販の1.5TのMRIスキャナを用いた。視覚刺激は眼前から370mm離れた位置に設置したスクリーンに提示した。被験者は、正弦波の動きをする指標を、目を動かさずに心的に追従するテストブロックと、静止する固視点を注視しつづけるコントロールブロックを、それぞれ18秒間ずつ繰り返した。テストブロックの指標は、振幅4deg、周波数0.5Hzの正弦波運動する赤色の点とした。   Next, an fMRI measurement experiment will be described. A commercially available 1.5T MRI scanner was used for fMRI measurement. Visual stimuli were presented on a screen placed 370 mm away from the front of the eye. The test subject repeated a test block that follows the sine wave movement mentally without moving his eyes and a control block that keeps a close eye on the stationary fixation point for 18 seconds each. The index of the test block was a red point with a sinusoidal motion having an amplitude of 4 deg and a frequency of 0.5 Hz.

まず、最初に、脳信号計測装置11が計測し、取得したMEGデータは、リファレンスセンサの値を用いて、図示しない低周波ドリフト除去手段(脳信号計測装置11が有する)により、低周波のドリフトの影響が除去された。次に、図示しないデータ切出手段(脳信号計測装置11が有する)により、指標の提示時刻を基準にして−400〜+4000msのデータを切り出し、これを1試行のデータとした。データ切出手段により、切り出されたMEGデータの最初の400ms間は指標が動き出す前の状態であり(pretrigger期間)、図示しない補正手段(脳信号計測装置11が有する)により、この期間の平均値を用いて基線補正を行った。上記の前処理をしたMEGデータが、計測脳信号情報格納部121に格納された計測脳信号情報の例であり、後述する電流推定に用いられる。   First, the brain signal measurement device 11 measures and acquires the obtained MEG data by using a reference sensor value and low-frequency drift by low-frequency drift removal means (which the brain signal measurement device 11 has) (not shown). The effect of was removed. Next, data extraction unit (not shown) (which the brain signal measurement device 11 has) cut out data of −400 to +4000 ms with reference to the presentation time of the index, and made this data for one trial. The first 400 ms of the MEG data cut out by the data cutout means is in a state before the index starts moving (pretrigger period), and the mean value of this period is obtained by a correction means (not shown) included in the brain signal measuring device 11. Was used to correct the baseline. The preprocessed MEG data is an example of measured brain signal information stored in the measured brain signal information storage unit 121, and is used for current estimation described later.

また、解析の際、タスク遂行中に瞬目の影響のあるデータは除外した。また、実験中に被験者が熟睡してしまったセッションのデータも除外した。そのため、被験者X、Y、Zから計測されたデータのうち、それぞれ53.3%、93.0%、76.3%のデータが解析に用いられた。   In the analysis, data that affected blinking during task execution was excluded. We also excluded data from sessions in which subjects fell asleep during the experiment. Therefore, among the data measured from subjects X, Y, and Z, 53.3%, 93.0%, and 76.3% data were used for analysis, respectively.

fMRIデータの解析はSPM5(The Wellcome Department of Cognitive Neurology)を用いて行われた。静止する固視点のみが提示され、それを注視している条件と、固視点を注視したままその上側で運動する指標を心の中で追従している条件での脳活動の有意差検定をt検定で行った。   The analysis of fMRI data was performed using SPM5 (The Wellcome Department of Cognitive Neurology). A test of significant difference in brain activity under the condition that only a stationary fixation point is presented and the eye is gazing at it and the indicator that moves in the upper side while gazing at the fixation point is t The test was conducted.

あらかじめ計測しておいた被験者のMRI構造画像をもとに、Brain Voyager(Brain Innovation)を用いて大脳表面モデルを作成した。その全脳モデル上に、被験者Xは1886個、被験者Yは3229個、被験者Zは2789個のダイポールが配置された。このとき、タスクに関連した脳活動が期待される領域(fMRIでのt検定の有意差がp<0.01[uncorrected])は密になるように、ダイポールが配置された。その結果,fMRIの活動が期待される領域では2.15±1.31(mean±SD)[mm],それ以外の領域では、3.91±3.19[mm]の間隔でダイポールが配置された。   A cerebral surface model was created using Brain Voyager (Brain Innovation) based on the MRI structure image of the subject measured in advance. On the whole brain model, 1886 subjects X, 3229 subjects Y, and 2789 dipoles were placed on subject Z. At this time, the dipole was arranged so that a region where brain activity related to the task was expected (significant difference of t test with fMRI was p <0.01 [uncorrected]) was dense. As a result, dipoles are arranged at intervals of 2.15 ± 1.31 (mean ± SD) [mm] in areas where fMRI activity is expected, and 3.91 ± 3.19 [mm] in other areas. It was done.

また、本実験では、主なアーチファクト源として、眼球付近、咀嚼筋、心拍を仮定し、それぞれの場所にダイポールを仮定した。眼球の中心位置、咀嚼筋の位置は、MRIの構造画像から割り出し、左右に一つずつダイポールを配置した。心臓の位置は、前交連(anterior commissure,AC)を原点として、前交連と後交連(posterior commissure,PC)を結ぶ線をy軸とする座標系を考え(x軸は正中矢状面に垂直な左右方向,z軸はこれらに垂直な上下方向),(x,y,z)=(−5,0,−23)[cm]の位置に配置した。   In this experiment, we assumed near eyeballs, masticatory muscles, and heartbeats as main artifact sources, and assumed dipoles at each location. The center position of the eyeball and the position of the masticatory muscle were determined from the MRI structure image, and one dipole was placed on each of the left and right. The position of the heart is considered to be a coordinate system in which the anterior commissure (AC) is the origin and the line connecting the anterior commissure and the postcommissure (PC) is the y-axis (the x-axis is perpendicular to the mid-sagittal plane) Left and right direction, z axis is vertical direction perpendicular to these), (x, y, z) = (− 5, 0, −23) [cm].

計測脳信号情報格納部121に格納されているMEGデータから、上述した階層ベイズ推定によって電流推定を行う際、fMRI活動強度情報(t値)を階層ベイズ推定の事前知識として用いた。つまり、脳事前情報格納部122には、fMRI活動強度情報(t値)を含む脳事前情報が格納されている。また、アーチファクト事前情報格納部123には、fMRI活動強度情報(t値)を含む、3つ(眼球付近、咀嚼筋、心拍に対応)のアーチファクト事前情報が格納されている。このとき、covert pursuit task に関連のある領域に絞って事前分布を与えることはせず、fMRIの解析によって得られた活動強度情報に基づいて事前分布が設定された。   When performing current estimation from the MEG data stored in the measured brain signal information storage unit 121 by the hierarchical Bayesian estimation described above, the fMRI activity intensity information (t value) was used as prior knowledge of the hierarchical Bayesian estimation. That is, the brain prior information storage unit 122 stores brain prior information including fMRI activity intensity information (t value). The artifact prior information storage unit 123 stores three pieces of artifact prior information (corresponding to the vicinity of the eyeball, the masticatory muscles, and the heartbeat) including fMRI activity intensity information (t value). At this time, the prior distribution was not given only to the region related to the cover purge task, but the prior distribution was set based on the activity intensity information obtained by the fMRI analysis.

以上により、計測脳信号情報格納部121、脳事前情報格納部122、およびアーチファクト事前情報格納部123に、それぞれの情報が格納された。   As described above, the information is stored in the measured brain signal information storage unit 121, the brain advance information storage unit 122, and the artifact advance information storage unit 123.

次に、出力脳活動情報取得部126等は、数式12から数式15を用いて、上述したようなアーチファクト除去を行った。そして、例えば、図示いない平滑化手段により、アーチファクトを除去されたデータに対して、100msの時間幅で移動平均を行い、データを平滑化した。   Next, the output brain activity information acquisition unit 126 and the like performed the artifact removal as described above using Expressions 12 to 15. Then, for example, the data from which artifacts have been removed by a smoothing unit (not shown) is subjected to a moving average with a time width of 100 ms to smooth the data.

なお、本実験において、計測したMEGデータにPCAをかけて、その第一主成分がMCG(心磁図)波形に類似していることを目視で確認した上で、その成分を除去した。なお、PCAとは、主成分分析のことである。
(実験結果1)
In this experiment, PCA was applied to the measured MEG data to visually confirm that the first main component was similar to the MCG (magnetocardiogram) waveform, and then the component was removed. PCA is principal component analysis.
(Experimental result 1)

脳活動情報出力装置12は、脳活動とアーチファクトの振舞いを同時に予測し、ノイズ除去を行うが、その精度を調べるために、被験者を伴うMEG計測実験を行った。被験者は、目の前に提示された動く視標を心的に追従する課題を実行するように指示され,そのときのMEGが、脳信号計測装置11により計測された。   The brain activity information output device 12 predicts the brain activity and the behavior of the artifact at the same time, and performs noise removal. In order to examine the accuracy, a MEG measurement experiment involving a subject was performed. The subject was instructed to execute the task of mentally following the moving target presented in front of the eyes, and the MEG at that time was measured by the brain signal measuring device 11.

このようなタスクを遂行する際に、MEGデータは、心拍や眼球アーチファクト、筋活動の影響を受けてしまう。そこで、それらのアーチファクト源と大脳皮質表面に対してダイポールを配置し、脳活動情報出力装置12により、それらの電流を推定することを試みた。その際、アーチファクト源や脳活動の信号強度は、上述したように、それぞれ異なることを考慮し、信号強度に関する情報を事前知識として、脳事前情報格納部122またはアーチファクト事前情報格納部123に、個別に蓄積し、出力脳活動情報取得部126が電流の推定を行った。そして、アーチファクト情報取得部125は、推定した電流からアーチファクトの磁場を復元し、出力脳活動情報取得部126が、計測データからアーチファクトの磁場を差し引くことによってアーチファクト除去を行い、出力脳活動情報を取得した。   When performing such tasks, MEG data is affected by heartbeat, eyeball artifacts, and muscle activity. Therefore, dipoles were placed on the artifact sources and the surface of the cerebral cortex, and an attempt was made to estimate their currents using the brain activity information output device 12. At that time, considering the fact that the signal sources of the artifact source and the brain activity are different as described above, information relating to the signal intensity is used as prior knowledge in the brain advance information storage unit 122 or the artifact advance information storage unit 123 individually. The output brain activity information acquisition unit 126 estimated the current. Then, the artifact information acquisition unit 125 restores the artifact magnetic field from the estimated current, and the output brain activity information acquisition unit 126 performs artifact removal by subtracting the artifact magnetic field from the measurement data to acquire output brain activity information. did.

図3のAは、頭部のどの位置で、MEGデータがどのような時間波形になるかを表している。アーチファクトを除去する前は頭部外側付近や眼球付近で波形が乱れている。しかし、アーチファクト除去後は、その乱れが小さくなっている(図3のB)。また、頭部中心付近は、外側部分に比べればアーチファクトの影響が小さいと予想されるが、そのような箇所では,ノイズ除去の前後で波形の特徴は変わらなかった(図3のC)。   3A shows what time waveform the MEG data becomes at which position of the head. Before the artifact is removed, the waveform is disturbed near the outside of the head and near the eyeball. However, the disturbance is reduced after artifact removal (B in FIG. 3). Further, although the influence of the artifact is expected to be smaller in the vicinity of the center of the head than in the outer portion, the characteristics of the waveform did not change before and after noise removal in such a portion (C in FIG. 3).

次に、ノイズ除去精度情報取得部127は、ノイズ除去したデータと、(脳活動のみを反映した)真の値とのずれを、例えば、以下のように検知する。つまり、計測したデータを試行全体にわたって加算平均することによって、タスクに関係のない成分の影響を抑えることができる。ノイズ除去精度情報取得部127は、この値を、真の値と仮定し、その値からどの程度ずれが生じているかを検出する。具体的には、以下の数式16を用いて、ノイズ除去精度情報取得部127は、計測データ、PCA、VBMEGでクリーニングしたデータの各センサでのRMSE(root meansquare error)を計算する。なお、VBMEGとは、階層ベイズ推定を行なうためのソフトウェアのことである。
Next, the noise removal accuracy information acquisition unit 127 detects a deviation between the noise-removed data and a true value (which reflects only brain activity) as follows, for example. That is, by averaging the measured data over the entire trial, it is possible to suppress the influence of components not related to the task. The noise removal accuracy information acquisition unit 127 assumes that this value is a true value and detects how much deviation has occurred from the value. Specifically, the noise removal accuracy information acquisition unit 127 calculates RMSE (root mean square error) at each sensor of measurement data, data cleaned by PCA, and VBMEG, using Equation 16 below. VBMEG is software for performing hierarchical Bayesian estimation.

数式16において、Bは単一試行のMEGデータ、Bハット(ハットはBの上に^)はBの試行平均を表す。数式16において、Tはサンプル数、Kは試行回数を表す。ノイズ除去精度情報取得部127が行った、数式16を用いた計算結果を図4に示す。図4のA〜Cは典型的な被験者の視標パターン1のRMSEの試行平均値を頭部マップ上に表示した図である。   In Equation 16, B is MEG data for a single trial, and B hat (hat is ^ on B) represents the trial average of B. In Equation 16, T represents the number of samples and K represents the number of trials. FIG. 4 shows a calculation result using Expression 16 performed by the noise removal accuracy information acquisition unit 127. 4A to 4C are diagrams in which the trial average value of the RMSE of the target pattern 1 of a typical subject is displayed on the head map.

計測データ(図4のA)、PCA(図4のB)では頭部外側からくるアーチファクトの影響が見られるが、脳活動情報出力装置12における拡張ダイポールを用いた方法では、その影響が小さいことが分かる(図4のC)。   The measurement data (A in FIG. 4) and PCA (B in FIG. 4) show the effect of artifacts coming from the outside of the head, but the method using the expansion dipole in the brain activity information output device 12 has a small effect. (C in FIG. 4).

図4のDは、頭部外周部分(71個)のセンサのRMSEが観測値とPCA、VBMEGを用いた方法でRMSEの大きさを比較した図である。3つの解析方法について、分散分析を行うと、有意差がみられた(F(2,638)=762.61)。多重比較(TukeyのHSD検定)を行うと、すべてのデータ群の間に有意差があり([Observed]−[PCA]:p<0.01,[Observed]−[VBMEG]:p<0.01,[PCA]−[VBMEG]:p<0.01),VBMEGを使ってアーチファクト除去をした場合にRMSEが最も小さかった(図4のD)。   FIG. 4D is a diagram in which the RMSE of the sensor in the outer peripheral portion (71 pieces) of the head is compared with the observed value and the size of the RMSE by a method using PCA and VBMEG. When analysis of variance was performed for the three analysis methods, a significant difference was found (F (2,638) = 762.61). When multiple comparison (Tukey's HSD test) is performed, there is a significant difference between all data groups ([Observed]-[PCA]: p <0.01, [Observed]-[VBMEG]: p <0. 01, [PCA]-[VBMEG]: p <0.01), and RMSE was the smallest when artifact removal was performed using VBMEG (D in FIG. 4).

以上より、脳活動情報出力装置12は、頭部外側からのアーチファクトの影響をより良く除去できたことが分かる。
(実験結果2)
From the above, it can be seen that the brain activity information output device 12 was able to better remove the influence of artifacts from the outside of the head.
(Experimental result 2)

実験結果2では、脳内の格子点で推定された電流レベルでのアーチファクト除去が行われ、出力される脳活動情報が、電流レベルで推定精度が向上していることを示す。   Experimental result 2 shows that artifact removal is performed at the current level estimated at the lattice points in the brain, and the output brain activity information shows that the estimation accuracy is improved at the current level.

図5は、視標を心的に追従しているときの推定電流波形の時間的・空間的パターンを表す(典型的な被験者の単一試行の結果の例)。図5のFは、視標位置の時間パターンである。図5のAは、脳表面にのみダイポールを配置して電流推定した場合の時間波形である。図5のBは、想定されるアーチファクト源にもダイポールを配置して、脳活動とアーチファクト源の振舞いを同時に推定した場合の推定電流波形である。そして、灰色の領域の時刻での平均電流分散の空間的なパターンを図5のC,Dに示す。   FIG. 5 shows a temporal / spatial pattern of an estimated current waveform when the target is mentally followed (an example of a typical test result of a typical subject). F in FIG. 5 is a time pattern of the target position. FIG. 5A shows a time waveform when a current is estimated by arranging a dipole only on the brain surface. FIG. 5B shows an estimated current waveform when a dipole is also arranged in an assumed artifact source and the brain activity and the behavior of the artifact source are estimated simultaneously. And the spatial pattern of the average electric current dispersion | distribution in the time of a gray area | region is shown to C and D of FIG.

図5のC〜Eは、アーチファクト源に配置したダイポールの推定電流波形を表す。図5のDは、心臓のダイポールに関してであるが、心拍に似た特徴をもつ波形が得られた。脳内の推定電流が、アーチファクトによって大きく歪められているならば、脳内とアーチファクトの推定電流の間に何らかの相関があると考えられる。しかし、脳電流は、アーチファクト源に配置したダイポールでの推定電流と脳電流(Lateral Ocippito Temporal Cortex, LOTC)との相関はいずれも小さかった(被験者毎に相関係数を求め、すべての被験者の平均値と標準偏差は,[eye(left)]:(rx,ry,rz)=(0.00±0.07,0.00±0.07,0.02±0.08),[eye(right)]:(rx,ry,rz)=(0.00±0.08,0.00±0.00,0.0±0.00),[cardiac]:(rx,ry,rz)=(0.00±0.08,0.00±0.08,0.00±0.07),[masticatory muscle(left)]:(rx,ry,rz)=(0.00±0.07,0.00±0.08,0.00±0.07)),[masticatory muscle(right)]:(rx,ry,rz)=(0.00±0.07,0.01±0.07,0.00±0.08)).推定された脳電流がアーチファクトによって歪められている可能性は低いと考えられる。   5C to 5E show estimated current waveforms of dipoles arranged at the artifact source. FIG. 5D relates to a heart dipole, but a waveform having characteristics resembling a heartbeat was obtained. If the estimated current in the brain is greatly distorted by the artifact, it is considered that there is some correlation between the estimated current in the brain and the artifact. However, in the brain current, the correlation between the estimated current at the dipole placed at the artifact source and the brain current (Lateral Octopitial Temporal Cortex, LOTC) was small (correlation coefficient was obtained for each subject, and the average of all subjects was calculated. Values and standard deviations are [eye (left)]: (rx, ry, rz) = (0.00 ± 0.07, 0.00 ± 0.07, 0.02 ± 0.08), [eye ( right)]: (rx, ry, rz) = (0.00 ± 0.08, 0.00 ± 0.00, 0.0 ± 0.00), [cardiac]: (rx, ry, rz) = (0.00 ± 0.08, 0.00 ± 0.08, 0.00 ± 0.07), [masticatory muscle (left)]: (rx, ry, rz) = (0.00 ± 0.07 , 0.0 ± 0.08, 0.00 ± 0.07)), [masticatory muscle (right)]: (rx, ry, rz) = (0.00 ± 0.07, 0.01 ± 0.07, 0. 00 ± 0.08)). It is unlikely that the estimated brain current is distorted by artifacts.

脳表面だけにダイポールを配置した場合と、アーチファクト源と脳表面にダイポールを配置した場合で、推定結果を比較した。まず、磁場に関して、計測磁場と復元磁場について数式17で表されるあてはまりの度合(GoF)を調べた。
The estimation results were compared between when the dipole was placed only on the brain surface and when the dipole was placed on the artifact source and the brain surface. First, regarding the magnetic field, the degree of fit (GoF) expressed by Equation 17 for the measurement magnetic field and the restoration magnetic field was examined.

2つの条件で求めたGoFを比較した結果、アーチファクト源にダイポールを置くことによって、GoFは有意に大きくなり(paired t−test(8)=15.32,p<0.000001,図5F)、値は12.72±2.35%改善した。脳表面に配置したダイポールの数は1886〜3229個と多数であるのに対して、アーチファクト源に追加したダイポールの数はわずか15個([アーチファクト源5箇所]×[3軸方向])である。少ない数であるが、アーチファクト源に適切に配置することによって、GoFを効果的に改善することができた。   As a result of comparing the GoF obtained under the two conditions, the GoF is significantly increased by placing the dipole in the artifact source (paired t-test (8) = 15.32, p <0.000001, FIG. 5F). The value improved by 12.72 ± 2.35%. The number of dipoles arranged on the surface of the brain is as large as 1886 to 3229, whereas the number of dipoles added to the artifact source is only 15 ([5 artifact sources] × [3 axis directions]). . Although small in number, GoF could be effectively improved by proper placement in the artifact source.

次に、推定電流に関して、fMRIで活動が期待される位置では、推定電流も大きくなることが予想される。そこで、fMRIの活動強度情報と推定電流の平均電流分散の相関関係を調べた。その結果、拡張ダイポールを置くことによって、相関が有意に大きくなり(paired t−test(8)=2.28,p<0.05,図6のB),fMRI活動強度情報と平均電流分散の相関においても改善がみられた。   Next, regarding the estimated current, the estimated current is expected to increase at a position where activity is expected by fMRI. Therefore, the correlation between the fMRI activity intensity information and the average current dispersion of the estimated current was examined. As a result, by placing an extended dipole, the correlation is significantly increased (paired t-test (8) = 2.28, p <0.05, FIG. 6B), and fMRI activity intensity information and average current dispersion There was also an improvement in correlation.

以上、本実施の形態における脳活動情報出力装置12によれば、脳活動とアーチファクトの振舞いを同時に予測し、ノイズ除去を行うことができる。そのため、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   As described above, according to the brain activity information output device 12 in the present embodiment, it is possible to simultaneously predict the brain activity and the behavior of the artifact and perform noise removal. Therefore, it is possible to output highly accurate information on brain activity.

また、本実施の形態によれば、アーチファクト源や脳活動の信号強度は、それぞれ異なることを考慮し、信号強度に関する情報を事前知識として個別に設定し、電流の推定を行うことにより、より精度の高い脳活動の情報を出力できる。   In addition, according to the present embodiment, considering the fact that the signal sources of artifact sources and brain activity are different from each other, the information regarding the signal strength is individually set as prior knowledge, and the current is estimated, thereby making the accuracy more accurate. High brain activity information can be output.

また、本実施の形態によれば、推定した電流からアーチファクトの磁場を復元し、計測脳信号情報から差し引くことによってアーチファクト除去を行うことができ、精度の高い脳活動の情報を出力できる。
また、本実施の形態によれば、計測脳信号情報は、主として、脳磁図(MEG)であった。ただし、計測脳信号情報は、脳波(EEG)でも良いことは言うまでもない。かかることは、他の実施の形態においても同様である。
Further, according to the present embodiment, artifact magnetic field can be removed by restoring the magnetic field of the artifact from the estimated current and subtracting it from the measured brain signal information, so that highly accurate information on the brain activity can be output.
Further, according to the present embodiment, the measured brain signal information is mainly a magnetoencephalogram (MEG). However, it goes without saying that the measured brain signal information may be an electroencephalogram (EEG). The same applies to other embodiments.

さらに、本実施の形態によれば、拡張ダイポールを用いてアーチファクト除去を行い、従来の方法と比べて合理的かつ効果的にセンサレベルでノイズ除去ができる。また、アーチファクトも含めて脳電流を推定することによって、電流レベルでのクリーニングもできる。そのため、精度の高い脳活動の情報を出力できる。   Furthermore, according to the present embodiment, artifact removal is performed using an extended dipole, and noise can be removed at a sensor level reasonably and effectively compared to the conventional method. In addition, the current level can be cleaned by estimating the brain current including artifacts. Therefore, it is possible to output highly accurate information on brain activity.

なお、本実施の形態において、上述した数式の情報は、通常、当該数式を用いて演算する部、手段等が、予め保持しており、当該数式を読み出して、実行する。   In the present embodiment, the above-described mathematical formula information is normally held in advance by a unit, means, or the like that uses the mathematical formula, and the mathematical formula is read and executed.

さらに、本実施の形態における処理は、ソフトウェアで実現しても良い。そして、このソフトウェアをソフトウェアダウンロード等により配布しても良い。また、このソフトウェアをCD−ROMなどの記録媒体に記録して流布しても良い。なお、このことは、本明細書における他の実施の形態においても該当する。なお、本実施の形態における脳活動情報出力装置を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータを、記憶媒体に格納されている計測脳信号情報と脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する脳活動情報取得部と、前記計測脳信号情報と、記憶媒体に格納されている1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得するアーチファクト情報取得部と、前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記1以上のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する出力脳活動情報取得部と、前記出力脳活動情報を出力する出力部として機能させるためのプログラム、である。   Furthermore, the processing in the present embodiment may be realized by software. Then, this software may be distributed by software download or the like. Further, this software may be recorded and distributed on a recording medium such as a CD-ROM. This also applies to other embodiments in this specification. Note that the software that realizes the brain activity information output apparatus according to the present embodiment is the following program. In other words, this program uses a measured brain signal information and brain prior information stored in a storage medium to estimate and acquire brain activity information, which is brain activity information, and Using the measured brain signal information and one or more artifact prior information stored in a storage medium, estimating and acquiring one or more artifact information that is information of an artifact source; and Using the measured brain signal information, the brain activity information, and the one or more artifact information, a process for removing the influence of the artifact from the measured brain signal information is performed, and output brain activity information that is information of the brain activity to be output is obtained. It is the program for functioning as an output brain activity information acquisition part to acquire, and an output part which outputs the output brain activity information.

また、上記プログラムにおいて、前記アーチファクト情報取得部は、複数のアーチファクト源ごとに、アーチファクト情報を推定し、複数のアーチファクト情報を取得し、前記出力脳活動情報取得部は、前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記複数のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報から複数のアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得するように、コンピュータを、機能させるためのプログラム、であることは好適である。   In the program, the artifact information acquisition unit estimates artifact information for each of a plurality of artifact sources, acquires a plurality of artifact information, and the output brain activity information acquisition unit includes the measured brain signal information and the Using brain activity information and the plurality of artifact information, processing to remove the influence of the plurality of artifacts from the measured brain signal information, so as to obtain output brain activity information that is information of the brain activity to be output, A program for causing a computer to function is suitable.

また、上記プログラムにおいて、前記脳事前情報、および前記1以上の各アーチファクト事前情報は、信号の強度に関する情報である強度情報を含み、前記脳事前情報の強度情報と、前記1以上の各アーチファクト事前情報の各強度情報は、異なることは好適である。   In the above program, the brain prior information and the one or more pieces of artifact advance information include intensity information that is information related to the strength of the signal, and the intensity information of the brain prior information and the one or more pieces of artifact advance information. It is preferable that each intensity information of information is different.

また、上記プログラムにおいて、前記1以上のアーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まれるアーチファクト源に関する事前の情報である生体アーチファクト事前情報を含むことは好適である。   In the above program, it is preferable that the one or more artifact advance information includes biological artifact advance information that is advance information related to an artifact source included in the living body of the subject.

また、上記プログラムにおいて、前記1以上のアーチファクト事前情報は、被験者の生体に含まない外部のアーチファクト源に関する事前の情報である外部アーチファクト事前情報を含むことは好適である。   In the above program, it is preferable that the one or more artifact prior information includes external artifact prior information that is prior information related to an external artifact source that is not included in the subject's living body.

また、上記プログラムにおいて、前記脳事前情報は、fMRI強度情報を電流分散とし、当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、前記1以上の各アーチファクト事前情報は、fMRI強度情報と比較して大きな電流分散を用い、かつ当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、前記脳活動情報取得部は、複数のダイポール位置での電流についての情報である脳活動情報を、前記計測脳信号情報と前記脳事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、前記アーチファクト情報取得部は、アーチファクト源のダイポール位置での電流についての情報である1以上のアーチファクト情報を、前記計測脳信号情報と、前記1以上のアーチファクト事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、前記出力脳活動情報取得部は、前記計測脳信号情報から、前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報と前記アーチファクト情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得するように、コンピュータを、機能させるためのプログラム、であることは好適である。   Further, in the above program, the brain prior information is a prior distribution representing fMRI intensity information as current dispersion and representing prior knowledge about the current distribution, and each of the one or more artifact prior information is compared with the fMRI intensity information. The brain activity information acquisition unit uses a large current dispersion and represents prior knowledge about the current distribution, and the brain activity information acquisition unit converts brain activity information, which is information about currents at a plurality of dipole positions, into the measured brain signal information. And the artifact information acquisition unit obtains one or more pieces of artifact information, which is information about the current at the dipole position of the artifact source, from the measurement. Estimating and obtaining using hierarchical Bayesian estimation using brain signal information and the one or more artifact prior information, The output brain activity information acquisition unit excludes, from the measured brain signal information, brain activity information corresponding to a dipole arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information and the artifact information It is preferable that the program is a program for causing a computer to function so as to perform processing and acquire output brain activity information.

また、上記プログラムにおいて、前記計測脳信号情報は、頭部周辺で観測された磁場に関する情報であり、前記出力脳活動情報取得部は、前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報である電流の情報から磁場に関する情報である背景脳磁場情報を取得し、かつ、前記アーチファクト情報である電流の情報から磁場に関する情報であるアーチファクト磁場情報を取得し、前記計測脳信号情報から、前記背景脳磁場情報と前記アーチファクト磁場情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得するように、コンピュータを、機能させるためのプログラム、であることは好適である。   In the above program, the measured brain signal information is information related to a magnetic field observed around the head, and the output brain activity information acquisition unit is considered to have no brain activity in the brain activity information. The background brain magnetic field information, which is information on the magnetic field, is acquired from the information on the current corresponding to the brain activity information corresponding to the dipole placed at the position, and the artifact magnetic field information, which is information on the magnetic field, from the information on the current, which is the artifact information. And a program for causing the computer to function so as to obtain the output brain activity information by performing a process of removing the background brain magnetic field information and the artifact magnetic field information from the measured brain signal information. Is preferred.

さらに、上記プログラムにおいて、前記出力脳活動情報取得部が取得した出力脳活動情報と、前記計測脳信号情報とを用いて、当該出力脳活動情報におけるノイズ除去の精度に関する情報であるノイズ除去精度情報を取得するノイズ除去精度情報取得部をさらに具備し、前記出力部は、前記ノイズ除去精度情報が、予め格納されている閾値と比較して高い精度である場合のみ、前記出力脳活動情報を出力するように、コンピュータを、機能させるためのプログラム、であることは好適である。   Furthermore, in the above program, noise removal accuracy information that is information relating to noise removal accuracy in the output brain activity information using the output brain activity information acquired by the output brain activity information acquisition unit and the measured brain signal information The output unit outputs the output brain activity information only when the noise removal accuracy information is higher in accuracy than a threshold value stored in advance. Thus, it is preferable that the program is a program for causing a computer to function.

また、図7は、本明細書で述べたプログラムを実行して、上述した実施の形態の脳活動情報出力装置等を実現するコンピュータの外観を示す。上述の実施の形態は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。図7は、このコンピュータシステム340の概観図であり、図8は、コンピュータシステム340のブロック図である。   FIG. 7 shows the external appearance of a computer that executes the program described in this specification to realize the brain activity information output device and the like of the above-described embodiment. The above-described embodiments can be realized by computer hardware and a computer program executed thereon. FIG. 7 is an overview diagram of the computer system 340, and FIG. 8 is a block diagram of the computer system 340.

図7において、コンピュータシステム340は、FDドライブ3411、CD−ROMドライブ3412を含むコンピュータ341と、キーボード342と、マウス343と、モニタ344とを含む。   In FIG. 7, the computer system 340 includes a computer 341 including an FD drive 3411 and a CD-ROM drive 3412, a keyboard 342, a mouse 343, and a monitor 344.

図8において、コンピュータ341は、FDドライブ3411、CD−ROMドライブ3412に加えて、MPU3413と、CD−ROMドライブ3412及びFDドライブ3411に接続されたバス3414と、ブートアッププログラム等のプログラムを記憶するためのROM3415と、MPU3413に接続され、アプリケーションプログラムの命令を一時的に記憶するとともに一時記憶空間を提供するためのRAM3416と、アプリケーションプログラム、システムプログラム、及びデータを記憶するためのハードディスク3417とを含む。ここでは、図示しないが、コンピュータ341は、さらに、LANへの接続を提供するネットワークカードを含んでも良い。   In FIG. 8, in addition to the FD drive 3411 and the CD-ROM drive 3412, the computer 341 stores an MPU 3413, a bus 3414 connected to the CD-ROM drive 3412 and the FD drive 3411, and a program such as a bootup program. ROM 3415 for connection, MPU 3413, RAM 3416 for temporarily storing application program instructions and providing a temporary storage space, and hard disk 3417 for storing application programs, system programs, and data . Although not shown here, the computer 341 may further include a network card that provides connection to the LAN.

コンピュータシステム340に、上述した実施の形態の脳活動情報出力装置等の機能を実行させるプログラムは、CD−ROM3501、またはFD3502に記憶されて、CD−ROMドライブ3412またはFDドライブ3411に挿入され、さらにハードディスク3417に転送されても良い。これに代えて、プログラムは、図示しないネットワークを介してコンピュータ341に送信され、ハードディスク3417に記憶されても良い。プログラムは実行の際にRAM3416にロードされる。プログラムは、CD−ROM3501、FD3502またはネットワークから直接、ロードされても良い。   A program that causes the computer system 340 to execute functions such as the brain activity information output device of the above-described embodiment is stored in the CD-ROM 3501 or FD 3502, inserted into the CD-ROM drive 3412 or FD drive 3411, and It may be transferred to the hard disk 3417. Alternatively, the program may be transmitted to the computer 341 via a network (not shown) and stored in the hard disk 3417. The program is loaded into the RAM 3416 at the time of execution. The program may be loaded directly from the CD-ROM 3501, the FD 3502, or the network.

プログラムは、コンピュータ341に、上述した実施の形態の脳活動情報出力装置等の機能を実行させるオペレーティングシステム(OS)、またはサードパーティープログラム等は、必ずしも含まなくても良い。プログラムは、制御された態様で適切な機能(モジュール)を呼び出し、所望の結果が得られるようにする命令の部分のみを含んでいれば良い。コンピュータシステム340がどのように動作するかは周知であり、詳細な説明は省略する。   The program does not necessarily include an operating system (OS) or a third-party program that causes the computer 341 to execute functions such as the brain activity information output device according to the above-described embodiment. The program only needs to include an instruction portion that calls an appropriate function (module) in a controlled manner and obtains a desired result. How the computer system 340 operates is well known and will not be described in detail.

なお、上記プログラムにおいて、情報を送信する送信ステップや、情報を受信する受信ステップなどでは、ハードウェアによって行われる処理、例えば、送信ステップにおけるモデムやインターフェースカードなどで行われる処理(ハードウェアでしか行われない処理)は含まれない。   In the above program, in the transmission step for transmitting information, the reception step for receiving information, etc., processing performed by hardware, for example, processing performed by a modem or an interface card in the transmission step (only performed by hardware). Not included) is not included.

また、上記プログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。   Further, the computer that executes the program may be singular or plural. That is, centralized processing may be performed, or distributed processing may be performed.

また、上記各実施の形態において、各処理(各機能)は、単一の装置(システム)によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。   In each of the above embodiments, each process (each function) may be realized by centralized processing by a single device (system), or by distributed processing by a plurality of devices. May be.

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible, and it goes without saying that these are also included in the scope of the present invention.

以上のように、本発明にかかる脳活動情報出力装置は、精度の高い脳活動の情報を出力できる、という効果を有し、脳活動情報出力装置等として有用である。   As described above, the brain activity information output device according to the present invention has an effect that it can output information on brain activity with high accuracy, and is useful as a brain activity information output device or the like.

実施の形態1における脳活動情報出力システムのブロック図Block diagram of brain activity information output system in Embodiment 1 同脳活動情報出力システムの動作について説明するフローチャートFlow chart explaining the operation of the brain activity information output system 同アーチファクト除去前後でのMEG波形の比較を示す図The figure which shows the comparison of the MEG waveform before and after the same artifact removal 同観測値、PCA、VBMEGを用いた方法での平均からのずれを示す図The figure which shows the deviation from the average with the method which uses the same observation value, PCA and VBMEG 同推定電流の時間波形と空間マップを示す図Diagram showing time waveform and spatial map of the estimated current 同拡張ダイポールの有無での推定結果の違いを示す図The figure which shows the difference in the estimation result with the presence or absence of the expansion dipole 同コンピュータシステムの概観図Overview of the computer system 同コンピュータシステムのブロック図Block diagram of the computer system

符号の説明Explanation of symbols

11 脳信号計測装置
12 脳活動情報出力装置
121 計測脳信号情報格納部
122 脳事前情報格納部
123 アーチファクト事前情報格納部
124 脳活動情報取得部
125 アーチファクト情報取得部
126 出力脳活動情報取得部
127 ノイズ除去精度情報取得部
128 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Brain signal measuring device 12 Brain activity information output device 121 Measurement brain signal information storage part 122 Brain prior information storage part 123 Artifact prior information storage part 124 Brain activity information acquisition part 125 Artifact information acquisition part 126 Output brain activity information acquisition part 127 Noise Removal accuracy information acquisition unit 128 Output unit

Claims (10)

計測された脳の信号に関する情報である計測脳信号情報を格納し得る計測脳信号情報格納部と、
脳活動に関する事前の情報である脳事前情報を格納し得る脳事前情報格納部と、
アーチファクト源に関する事前の情報である1以上のアーチファクト事前情報を格納し得るアーチファクト事前情報格納部と、
前記計測脳信号情報と前記脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する脳活動情報取得部と、
前記計測脳信号情報と、前記1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得するアーチファクト情報取得部と、
前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記1以上のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する出力脳活動情報取得部と、
前記出力脳活動情報を出力する出力部とを具備する脳活動情報出力装置。
A measurement brain signal information storage unit capable of storing measurement brain signal information, which is information about the measured brain signals;
A brain advance information storage unit capable of storing brain advance information that is advance information related to brain activity;
An artifact advance information storage unit that can store one or more artifact advance information that is advance information on an artifact source;
Using the measurement brain signal information and the brain prior information, a brain activity information acquisition unit that estimates and acquires brain activity information that is information of brain activity;
An artifact information acquisition unit that estimates and acquires one or more artifact information that is information of an artifact source using the measurement brain signal information and the one or more artifact prior information;
Using the measured brain signal information, the brain activity information, and the one or more artifact information, a process for removing the influence of the artifact from the measured brain signal information is performed. An output brain activity information acquisition unit for acquiring
A brain activity information output device comprising: an output unit that outputs the output brain activity information.
前記アーチファクト事前情報格納部は、
複数のアーチファクト事前情報を格納しており、
前記アーチファクト情報取得部は、
複数のアーチファクト源ごとに、アーチファクト情報を推定し、複数のアーチファクト情報を取得し、
前記出力脳活動情報取得部は、
前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記複数のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報から複数のアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する請求項1記載の脳活動情報出力装置。
The artifact prior information storage unit is
Stores multiple artifact prior information,
The artifact information acquisition unit
Estimate artifact information for multiple artifact sources, obtain multiple artifact information,
The output brain activity information acquisition unit
Using the measured brain signal information, the brain activity information, and the plurality of artifact information, a process for removing the influence of the plurality of artifacts from the measured brain signal information is performed, and an output brain activity that is information of the brain activity that is output The brain activity information output device according to claim 1 which acquires information.
前記脳事前情報、および前記1以上の各アーチファクト事前情報は、
信号の強度に関する情報である強度情報を含み、
前記脳事前情報の強度情報と、前記1以上の各アーチファクト事前情報の各強度情報は、異なることを特徴とする請求項1または請求項2記載の脳活動情報出力装置。
The brain prior information and the one or more artifact prior information are:
Including strength information, which is information about the strength of the signal,
3. The brain activity information output device according to claim 1, wherein the intensity information of the brain prior information and the intensity information of the one or more pieces of artifact prior information are different.
前記1以上のアーチファクト事前情報は、
被験者の生体に含まれるアーチファクト源に関する事前の情報である生体アーチファクト事前情報を含む請求項1から請求項3いずれか記載の脳活動情報出力装置。
The one or more artifact prior information is:
The brain activity information output device according to any one of claims 1 to 3, comprising biological artifact advance information that is advance information related to an artifact source included in a subject's living body.
前記1以上のアーチファクト事前情報は、
被験者の生体に含まない外部のアーチファクト源に関する事前の情報である外部アーチファクト事前情報を含む請求項4記載の脳活動情報出力装置。
The one or more artifact prior information is:
The brain activity information output device according to claim 4, comprising external artifact advance information that is advance information related to an external artifact source not included in the subject's living body.
前記脳事前情報は、
fMRI強度情報を電流分散とし、当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、
前記1以上の各アーチファクト事前情報は、
fMRI強度情報と比較して大きな電流分散を用い、かつ当該電流分布に対する事前知識を表す事前分布であり、
前記脳活動情報取得部は、
複数のダイポール位置での電流についての情報である脳活動情報を、前記計測脳信号情報と前記脳事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、
前記アーチファクト情報取得部は、
アーチファクト源のダイポール位置での電流についての情報である1以上のアーチファクト情報を、前記計測脳信号情報と、前記1以上のアーチファクト事前情報とを用いた階層ベイズ推定を用いて推定し、取得し、
前記出力脳活動情報取得部は、
前記計測脳信号情報から、前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報と前記アーチファクト情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得する請求項1から請求項5いずれか記載の脳活動情報出力装置。
The brain prior information is
fMRI intensity information is current distribution, and is a prior distribution representing prior knowledge about the current distribution,
The one or more pieces of artifact prior information are:
a prior distribution that uses a large current dispersion compared to the fMRI intensity information and represents prior knowledge of the current distribution;
The brain activity information acquisition unit
Estimating and obtaining brain activity information that is information about current at a plurality of dipole positions using hierarchical Bayesian estimation using the measured brain signal information and the brain prior information,
The artifact information acquisition unit
Estimating and obtaining one or more artifact information, which is information about the current at the dipole position of the artifact source, using hierarchical Bayesian estimation using the measured brain signal information and the one or more artifact prior information;
The output brain activity information acquisition unit
From the measured brain signal information, the brain activity information corresponding to a dipole arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information and the artifact information are removed, and output brain activity information is obtained. The brain activity information output device according to any one of claims 1 to 5, which is acquired.
前記計測脳信号情報は、
頭部周辺で観測された磁場に関する情報であり、
前記出力脳活動情報取得部は、
前記脳活動情報のうちの脳の活動が無いと考えられる位置に配置されたダイポールに対応する脳活動情報である電流の情報から磁場に関する情報である背景脳磁場情報を取得し、かつ、前記アーチファクト情報である電流の情報から磁場に関する情報であるアーチファクト磁場情報を取得し、
前記計測脳信号情報から、前記背景脳磁場情報と前記アーチファクト磁場情報とを除く処理を行い、出力脳活動情報を取得する請求項1から請求項6いずれか記載の脳活動情報出力装置。
The measured brain signal information is:
Information about the magnetic field observed around the head,
The output brain activity information acquisition unit
Obtaining background brain magnetic field information, which is information related to a magnetic field, from current information, which is brain activity information corresponding to a dipole arranged at a position considered to have no brain activity in the brain activity information, and the artifact Obtain the artifact magnetic field information that is information about the magnetic field from the current information that is information,
The brain activity information output device according to any one of claims 1 to 6, wherein processing for removing the background brain magnetic field information and the artifact magnetic field information is performed from the measured brain signal information to obtain output brain activity information.
前記出力脳活動情報取得部が取得した出力脳活動情報と、前記計測脳信号情報とを用いて、当該出力脳活動情報におけるノイズ除去の精度に関する情報であるノイズ除去精度情報を取得するノイズ除去精度情報取得部をさらに具備し、
前記出力部は、
前記ノイズ除去精度情報が、予め格納されている閾値と比較して高い精度である場合のみ、前記出力脳活動情報を出力する請求項1から請求項7いずれか記載の脳活動情報出力装置。
Using the output brain activity information acquired by the output brain activity information acquisition unit and the measured brain signal information, noise removal accuracy for acquiring noise removal accuracy information that is information related to noise removal accuracy in the output brain activity information It further comprises an information acquisition unit,
The output unit is
The brain activity information output device according to any one of claims 1 to 7, wherein the output brain activity information is output only when the noise removal accuracy information is higher in accuracy than a threshold value stored in advance.
脳活動情報取得部、アーチファクト情報取得部、出力脳活動情報取得部、および出力部により実現される脳活動情報出力方法であって、
前記脳活動情報取得部により、記憶媒体に格納されている計測脳信号情報と脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する脳活動情報取得ステップと、
前記アーチファクト情報取得部により、前記計測脳信号情報と、記憶媒体に格納されている1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得するアーチファクト情報取得ステップと、
前記出力脳活動情報取得部により、前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記1以上のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する出力脳活動情報取得ステップと、
前記出力部により、前記出力脳活動情報を出力する出力ステップとを具備する脳活動情報出力方法。
A brain activity information output unit realized by a brain activity information acquisition unit, an artifact information acquisition unit, an output brain activity information acquisition unit, and an output unit,
The brain activity information acquisition unit estimates and acquires brain activity information, which is information of brain activity, using the measured brain signal information and brain prior information stored in a storage medium;
Artifacts obtained by estimating and acquiring one or more artifact information, which is information of an artifact source, using the measured brain signal information and one or more artifact prior information stored in a storage medium by the artifact information acquisition unit An information acquisition step;
The output brain activity information acquisition unit performs processing for removing the influence of the artifact from the measured brain signal information using the measured brain signal information, the brain activity information, and the one or more artifact information, and is output to the brain An output brain activity information acquisition step for acquiring output brain activity information which is information of the activity;
A brain activity information output method comprising: an output step of outputting the output brain activity information by the output unit.
コンピュータを、
記憶媒体に格納されている計測脳信号情報と脳事前情報とを用いて、脳活動の情報である脳活動情報を推定し、取得する脳活動情報取得部と、
前記計測脳信号情報と、記憶媒体に格納されている1以上のアーチファクト事前情報とを用いて、アーチファクト源の情報である1以上のアーチファクト情報を推定し、取得するアーチファクト情報取得部と、
前記計測脳信号情報と前記脳活動情報と前記1以上のアーチファクト情報とを用いて、前記計測脳信号情報からアーチファクトの影響を取り除く処理を行い、出力される脳活動の情報である出力脳活動情報を取得する出力脳活動情報取得部と、
前記出力脳活動情報を出力する出力部、として機能させるためのプログラム。
Computer
A brain activity information acquisition unit that estimates and acquires brain activity information that is information of brain activity using the measured brain signal information and brain prior information stored in the storage medium;
An artifact information acquisition unit that estimates and acquires one or more artifact information that is information of an artifact source using the measurement brain signal information and one or more artifact prior information stored in a storage medium;
Using the measured brain signal information, the brain activity information, and the one or more artifact information, a process for removing the influence of the artifact from the measured brain signal information is performed. An output brain activity information acquisition unit for acquiring
A program for functioning as an output unit for outputting the output brain activity information.
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